JPH07243435A - 関節機構およびその機構を用いたユニバーサルアーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極めて重い重量物が可動アーム先端に取付け
られても、自由にヒンジ角度を変更でき、かつ一度停止
すると強固に剛性をもってそのヒンジ角度を保持できる
関節機構を提供する。 【構成】 シリンダー１７内には非圧縮性流体が封入さ
れているため、付勢力が介在しても回転部材２と３との
相対回動はない。開閉部材を開放すると、付勢力により
流体は、シリンダー１７内の区画間を移動するとともに
ピストン１８がシリンダー１７内を移動し、回転部材
２、３は相対回動を始める。開閉部材を閉止すると非圧
縮性流体の移動が阻止されるため、封入された非圧縮性
流体がピストン１８とシリンダー１７との相対移動を全
く許さない状態になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒンジ部分に利用さ
れ、重量物の荷重をどのような位置においても不動に固
定でき、かつ自在に操作できる新規な関節機構と、それ
を用いたユニバーサルアーム装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、可動の照明器具としてのゼットラ
イトや可動テレビ等、作業スペースに利用される可動ア
ームには、関節装置が利用され、その可動アーム先端に
取付けられた照明器具等を自由に移動できる器具があ
る。

【０００３】これらに使用されている関節装置はヒンジ
周辺にばねを架け渡し、その重量を保持したり、所定の
摩擦力をヒンジに持たせるようなものが一般的であり、
さらにヒンジ部の締め付けで全体の可動アームを固定す
るものも存在している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在、オフィス内の配
置スペースが限られており、重量のあるテレビ、ＣＲＴ
画面、さらには書籍棚として、オフィスや室内の上方空
間を有効に利用して、使用しない時点では、これらを壁
や天井付近に寄せておきたいといった要求がある。しか
し、これら従来の可動アームではある重さ以上の重量物
を支えることはできず、例え支えられたとしても、可動
アームのヒンジの操作が煩雑となる。

【０００５】本発明は、極めて重い重量物が可動アーム
先端に取付けられても、自由にヒンジ角度を変更でき、
かつ一度停止すると強固に剛性をもってそのヒンジ角度
を保持できる関節機構を提供するとともに、その関節機
構を利用して重量物をどのような位置にでも移動できる
ユニバーサルアーム装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の関節機構は、密
封された直線状のシリンダーと、そのシリンダー内の非
圧縮性流体を少なくとも２つに区画するピストンと、こ
のピストンから延設されシリンダーの両端部を貫通する
少なくとも２本のピストンロッドとから成る制動部材
が、相対的に回動可能な少なくとも２つの回転部材間に
介装されるとともに、前記ピストン内には前記シリンダ
ー内の区画同士を外部スイッチにより連通できる開閉部
材が内装されていることを特徴としている。

【０００７】またユニバーサルアーム装置は、複数のア
ーム間に、複数の請求項１に記載の関節機構が配設され
ており、関節機構内の開閉部材が１個の外部スイッチに
より複数ほぼ同時に開閉できるようになっていることを
特徴としている。

【０００８】

【作用】この関節機構は、シリンダー内には非圧縮性流
体が封入されているため、付勢力が介在しても回転部材
の相対回動はない。開閉部材を開放すると、付勢力によ
り流体は、区画間を移動するとともにピストンおよびピ
ストンロッドがシリンダー内を直線的に移動し、回転部
材は相対回動を始める。開閉部材を閉止すると非圧縮性
流体の移動が阻止されるため、封入された非圧縮性流体
がピストンとシリンダーとの相対移動を全く許さない状
態になる。

【０００９】このユニバーサルアーム装置は、複数のア
ーム間に複数の関節機構が配されており、それら関節機
構が外部スイッチにより同時に開閉されるため、外部ス
イッチのオンでこのユニバーサルアームを屈曲自在に、
又は外部スイッチのオフでこのユニバーサルアームを不
動の状態に固定できる。

【００１０】

【実施例】本発明の関節機構１を図１、図２で説明する
と、少なくとも第１回転部材２と第２回転部材３とから
なり、第１回転部材２にはアーム４、第２回転部材３に
はアーム５が固定されている。第１回転部材２の中心軸
６には第２回転部材３の中心の孔７が所定のベアリング
手段を介して嵌合され、さらに第２回転部材３側から螺
入して接着剤等により回転不能になるようにキャップ板
４２が固定されることにより、両者は自由に相対回転で
きるようになっている。さらに、第１回転部材２の突片
１５と第２回転部材３の突片２７間には付勢手段として
のバネ２８が介装されており、常に適正な力で両回転部
材を相対的に回動付勢している。

【００１１】第１回転部材２の片面の所定偏心位置に
は、特に図２、図３、図４に示されるような密封された
直線状のシリンダー１７がヒンジ８等により枢着されて
おり、シリンダー１７内部にはピストン１８が摺動自在
に配設され、またピストン１８から延設されたピストン
ロッド１９、１９はこの密閉されたシリンダー１７の両
端を貫通して外部に延び出し、少なくとも一方のピスト
ンロッドの先端部分が前記第２回転部材３にヒンジ９等
により枢着されている。なお、ピストンロッド１９と他
方のピストンロッド１９とは断面積が同じである。

【００１２】また、ピストン１８内部には、弁座２２を
有する連通孔２０が形成されており、この弁座２２には
開閉部材としての駒弁２１がバネ２３で当接されてお
り、さらにこの駒弁２１にはピストンロッド１９内部を
移動できる操作部材としてのプッシュロッド２４の一端
が固着されており、このプッシュロッド２４の動きによ
って駒弁２１を弁座２２から離せるようになっている。
またプッシュロッド２４の他端は前述のヒンジ９の外側
に延び、ボタン１６に連結されている。なお、２９、４
３は第１、第２のそれぞれの回動範囲を規制する溝およ
び案内片である。

【００１３】この直線状のシリンダー１７内は、ピスト
ン１８によって第１区画室２５、第２区画室２６に区画
されており、それぞれの区画室には非圧縮性流体、例え
ば液体が封入されている。

【００１４】この直線状のシリンダー１７の断面形状は
矩形状であるが、断面円形の円筒形とし、ピストン１８
もこれに合わせて円柱形にすることも可能である。

【００１５】このようにして、構成された関節機構は、
後述するボタン１６の上、もしくはプッシュロッド２４
に付加的に取付けられた電磁駆動装置１４を作動させる
か、ボタン１６を押すことによって、プッシュロッド２
４がピストン１８内に押込められ、駒弁２１が弁座２２
が離れ、第１区画室２５と第２区画室２６とが連通す
る。駒弁２１は実施例ではリフト弁であるが、スプール
弁等を用いれば片側の侵入圧力に影響されないものに変
更できる。

【００１６】この作動は、図４の概略図により詳しく説
明できる。この概略図は説明上、第１回転部材２を後ろ
側にして不動とし、第２回転部材３を手前に配し、第２
回転部材３が回動する様子を説明している。すなわち図
のようにシリンダー１７はキャップ板４２の中心ではな
く偏心位置にヒンジ８で枢着されているため、このシリ
ンダー１７のヒンジ８は移動せず、シリンダー１７はこ
の点を中心に回転する。さらに、ピストンロッド１９の
端部は第２回転部材３の外周部にヒンジ９で枢着されて
いるため、キャップ板４２の中心点を中心として回転す
る。このため、第１、第２回転部材がそれぞれ相対的に
回動すると、ピストン１８とヒンジ９との距離が規制さ
れているため、ヒンジ９は９Ａ、９Ｂへと、ピストンロ
ッド１９は１９Ａ、１９Ｂへと、ピストン１８は１８
Ａ、１８Ｂへと、さらにシリンダー１７は１７Ａ、１７
Ｂへと図のように移動する。また、このピストンロッド
１９がシリンダー１７を両端で貫いていることも重要で
ある。すなわち、両回転部材間に例えば強い回転力が加
わった時、シリンダー１７とピストン１８、さらにシリ
ンダー１７と２本のピストンロッド１９との２ヵ所の貫
通部とでシリンダー１７とピストンロッド１９との曲り
を防ぐことになる。

【００１７】そもそもこのシリンダー１７内のピストン
１８は、第１区画室２５と第２区画室２６内の非圧縮性
流体を区画しており、バネ２８の力を受けて非圧縮性流
体を移動させながらピストン１８をシリンダー１７内で
移動させようとする力が働いている。そのため、使用者
は、後述する外部スイッチ１１もしくはボタン１６でプ
ッシュロッド２４を動かせば、アーム４、５を介してこ
の関節機構１を自由に回動できる。そして使用者はこの
関節機構１の動きを止めたい時、外部スイッチ１１をオ
フにするかボタン１６から手を離せば、非圧縮性流体の
区画間の移動が阻止され、そのためこの非圧縮性流体は
第１区画室２５と第２区画室２６に封入され、逃げ場を
失い、ピストン１８の動きをその場で確実に止めること
ができる。従って、アーム４もしくは５に強力な曲げ力
が加わっても、この関節機構１は全く動かないことにな
る。ここで重要な事は、ピストン１８が動く時、一方の
ピストンロッド１９がシリンダー１７から出てくるた
め、そのピストンロッド１９が出た分だけの体積を片方
のピストンロッド１９のシリンダー１７内への侵入で相
殺できるようにすることである。すなわち非圧縮性流体
の封入されている容積を変えないことである。

【００１８】また、この関節装置は水平回動できるよう
にしてもよく、この場合、図５に示すように第１回転部
材２と第２回転部材３とに垂直にアーム４および５を固
定する。この関節機構１’は後述するユニバーサルアー
ム装置を実現する際に極めて有効なものであり、重量物
の水平方向の向きを変える機能を有している。

【００１９】図６には本発明の関節機構１と１’とを利
用したユニバーサルアーム装置の実施例が示されてお
り、載置台３５をこのユニバーサルアーム装置の移動先
端に取付けたものである。

【００２０】すなわち、このユニバーサルアーム装置は
この状態ではアーム４、５を押しても載置台３５に重量
物を載置しても全く移動することはできないが、図７に
示されるように把持部３７に取付けられた外部スイッチ
１１を軽く押すことにより、全ての電磁駆動装置１４が
作動し、前述のように各関節機構１、１’は移動可能に
なり、把持部３７を把持した状態でこの重量物をどこに
でも移動できる。

【００２１】ただし、関節機構１については、その付勢
方向が載置台３５を上方へ押し上げるようにシリンダー
１７の配置がなされていると、重量物に対してその重さ
をバランスできる。そして、把持部３７から手を離すこ
とにより、その位置で完全にユニバーサルアーム装置の
移動を停止できる。

【００２２】また、この載置台３５は操作者により把持
部３７で把持されているので所定の水平度は保つことが
できるが、水平を確実に保ちたい時は平行リンク機構を
この関節機構に適用することができることは言うまでも
ない。

【００２３】図８および図９にはこのユニバーサルアー
ムの他の実施例が示され、これは電磁駆動装置１４に代
えて液圧やガス圧を利用して一挙に関節機構１のプッシ
ュロッド２４を動かす構造になっており、アーム４、５
の所定の位置に管３８が配され、電磁駆動装置１４の位
置にピストンシリンダー３９がそれぞれ配置され、また
外部スイッチ１１として流体送りだし用のピストンシリ
ンダー４０が把持部３７に取付けられている。

【００２４】このユニバーサルアーム装置の先端には、
例えばテレビ４１が一般のヒンジにより吊り下げられて
おり、この場合は、アームがどのような動きをしても、
常にテレビ４１が正面を向くようになっている。そして
この実施例の場合も、外部スイッチ１１から手を離した
瞬間にその位置で完全に移動が停止される。

【００２５】そのため、設置スペースのない床でも、適
当な壁や床にユニバーサルアーム装置の基部を固定して
おけば、使用する場合には机上の付近に、使用しない場
合は壁や天井の付近にテレビやＣＲＴ画面を寄せてお
け、極めて利便性が向上する。またこの装置は、手で把
持部に触れない限り全く動きが固定され、どのような場
所にでも瞬時に止めることができる。

【００２６】また、アームの傾きを少々変更したい時に
は、各関節機構１に付いたボタン１６を押すことによっ
て、その位置のみの関節機構を個別に回転させ、位置調
整できるようになっている。

【００２７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、電磁駆動装置１４やピストンシリンダー３
９、４０に代えてテンションワイヤー等を使用すること
により、機械的にプッシュロッド２４をオンオフでき
る。さらに回転部材間にはバネ２８が介装されている
が、ガススプリングを介装して回動付勢力を与えるよう
にしてもよいし、磁石を用いてもよい。また、重量物が
軽い場合にあって、かつこの関節を吊持用として吊るす
場合等は付勢力を省略してもよい。

【００２８】また、上方への付勢力が不足するような場
合は、従来ゼットライト等で使用されているようにアー
ムと隣のアームを繋ぐようにバネ等を架設し、ユニバー
サルアーム装置の上方付勢力を増すこともできる。さら
に関節機構１と関節機構１’とを密に交互に組合せれ
ば、より自由度の高いユニバーサルアーム装置が完成す
る。また、操作部材の変形例として、長いプッシュロッ
ド２４を省略してピストン１８内に設けた電磁弁もしく
は液体圧アクチュエータ弁で駒弁２１を直接動かす構造
とすることもできる。なお、本発明は連通孔２０が細孔
であるため、例え、付勢バネ等が破損した場合、また
は、プッシュロッド２４が動かなくなった場合でも流体
が急激に流れないため、重量物がゆっくりと落ちるので
不慮の危険を防止できる。また、特に実施例に示される
ように、ピストン、ピストンロッド、シリンダー等が２
つの回転部材の径よりも小さい径内を動くので、取付け
られたアーム間に余分な出張りがなく、この部分をカバ
ーで容易に覆うことができる。

【００２９】以上、本発明の実施例を図面により説明し
てきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更
や追加があっても本発明に含まれる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、次の効果を奏する。

【００３１】本発明の関節機構は、直線状のシリンダー
内に非圧縮性流体が封入されているため、付勢力が介在
しても回転部材の相対回動はない。開閉部材を開放する
と、重力等の付勢力、または付加的付勢力により、流体
は、区画間を移動するとともにピストンおよびピストン
ロッドがシリンダー内を移動し、回転部材は相対回動を
始める。開閉部材を閉止すると非圧縮性流体の移動が阻
止されるため、封入された非圧縮性流体がピストンとシ
リンダーとの相対移動を全く許さない状態となり、重量
物をどの様な位置にでも瞬時に固定できる。

【００３２】本発明のユニバーサルアーム装置は、複数
のアーム間に複数の関節機構が配されており、それら関
節機構が外部スイッチにより同時に開閉されるため、外
部スイッチのオンでこのユニバーサルアームを屈曲自在
に、又は外部スイッチのオフでこのユニバーサルアーム
を不動の状態に固定できる。また、人が手を離した瞬間
にユニバーサルアーム装置が固定されるので、重量物が
落下するようなことがない。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の関節機構の斜視図である。

【図２】本発明の関節機構の分解斜視図である。

【図３】制御部材であるシリンダー、ピストン部分の拡
大断面図である。

【図４】関節機構の作動概略図である。

【図５】水平回転用の関節機構斜視図である。

【図６】本発明のユニバーサルアーム装置の斜視図であ
る。

【図７】図６の把持部の断面図である。

【図８】本発明その他の実施例であるユニバーサルアー
ム装置の斜視図である。

【図９】図８の把持部の断面図である。

【符号の説明】

１、１’関節機構 ２ 第１回
転部材 ３ 第２回転部材 ４ アーム ５ アーム ６ 中心軸 ７ 孔 ８ ヒンジ ９ ヒンジ １０ 電源 １１ 外部スイッチ １３ コード １４ 電磁
駆動装置 １５ 突片 １６ ボタ
ン １７ シリンダー（制動部材） １８ ピス
トン（制動部材） １９ ピストンロッド（制動部材） ２０ 連通
孔 ２１ 駒弁（開閉部材） ２２ 弁座
（開閉部材） ２３ バネ ２４ プッ
シュロッド（操作部材） ２５ 第１区画室 ２６ 第２
区画室 ２７ 突片 ２８ バネ
（付勢手段） ２９ 溝 ３５ 載置台 ３７ 把持部 ３８ 管 ３９ ピストンシリンダー ４０ ピス
トンシリンダー ４１ テレビ ４２ キャ
ップ板 ４３ 案内片

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密封された直線状のシリンダーと、その
   シリンダー内の非圧縮性流体を少なくとも２つに区画す
   るピストンと、このピストンから延設されシリンダーの
   両端部を貫通する少なくとも２本のピストンロッドとか
   ら成る制動部材が、相対的に回動可能な少なくとも２つ
   の回転部材間に介装されるとともに、前記ピストン内に
   は前記シリンダー内の区画同士を外部スイッチにより連
   通できる開閉部材が内装されていることを特徴とする関
   節機構。
2. 【請求項２】 回転部材間に、回転部材同士を相対的に
   回転させる付勢手段が介装されている請求項１記載の関
   節機構。
3. 【請求項３】 少なくとも片方のピストンロッドの所定
   箇所が一方の回転部材に枢着され、シリンダーの所定箇
   所が他方の回転部材に枢着されている請求項１または２
   に記載の関節機構。
4. 【請求項４】 少なくとも片方のピストンロッド内に
   は、ピストン内の開閉部材を開閉する操作部材が延びて
   いる請求項１ないし３に記載の関節機構。
5. 【請求項５】 複数のアーム間に、複数の請求項１に記
   載の関節機構が配設されており、関節機構内の開閉部材
   が１個の外部スイッチにより複数ほぼ同時に開閉できる
   ようになっていることを特徴とするユニバーサルアーム
   装置。
6. 【請求項６】 複数の関節機構の開閉部材が電磁駆動装
   置により、ほぼ同時に開閉される請求項５に記載のユニ
   バーサルアーム装置。
7. 【請求項７】 複数の関節機構の開閉部材が流体圧ピス
   トンシリンダーにより、ほぼ同時に開閉される請求項５
   に記載のユニバーサルアーム装置。
8. 【請求項８】 ユニバーサルアームの移動先端に所定の
   重量の物を載置する台を設け、台の把持部に開閉部材を
   ほぼ同時に開閉する外部スイッチを設けた請求項５ない
   し７のいずれかに記載のユニバーサルアーム装置。
9. 【請求項９】 ユニバーサルアームの関節機構内の開閉
   部材が開放された際、ユニバーサルアームの移動先端を
   鉛直上方に押し上げるように付勢手段が介装されている
   請求項８に記載のユニバーサルアーム装置。